XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Обеспечение радиационной безопасности жителей Санкт-Петербурга требует проведения непрерывного мониторинга уровня гамма-излучения. Мониторинг должен давать общую картину распределения мощности эквивалентной дозы по территории, понимание особенностей расположения локальных максимумов и оценку средних уровней по заданной пространственной области. Разработка схем зонирования города по величине радиоактивности с выявлением зон наибольшего риска позволяет лучше отслеживать и держать под контролем использование источников ионизирующего излучения организациями Санкт-Петербурга и является актуальной задачей при принятии решений в данной сфере [1].

Эквивалентная доза – это произведение поглощенной дозы в биологической ткани на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения. Этот коэффициент отражает способность данного вида излучения повреждать ткани организма. Поглощённая доза – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу [2].

Источниками ионизирующего излучения в Санкт-Петербурге является природный радон и его дочерние продукты распада, а также внешнее гамма-излучение. Незначительный вклад в структуре природного облучения формируют содержащиеся в продуктах питания и питьевой воде природные радионуклиды.

В Санкт-Петербурге функционирует сеть радиоактивного мониторинга, состоящая из 18 станций [3]. Схема размещения станций представлена на рисунке 1.

Целью настоящей работы был статистический анализ дозы гамма-излучения на территории Санкт-Петербурга. В работе использованы ряды данных за теплый период года с марта по август 2020 года. Измерения проводились ежедневно. Объем данных, взятых для анализа, составляет 150 – 170 измерений для каждой станции.

Рисунок 1 Карта расположения станций радиоактивного мониторинга

Для анализа статистики временных рядов дозы гамма-излучения были вычислены такие параметры, как: среднее значение эквивалентной дозы по району [Mx] – это сумма всех значений в распределении, деленная на их количество; стандартное отклонение (среднеквадратичное отклонение) [] – показатель рассеивания величины, вокруг среднего значения; эксцесс [E] – мера остроты пика в распределении случайной величины; асимметрия [As] – представляет  собой числовое отображение степени отклонения графика распределения показателей от симметричного графика распределения; медиана [Me] – значение, делящее распределение пополам; мода [Mo] - наиболее часто встречающее значение в выборке [4].

Результаты расчетов представлены в таблице 1. Адмиралтейский р-н не рассматривается из-за недостатка данных для анализа.

Таблица 1 - Статистика дозы гамма-излучения на станциях Санкт-Петербурга март- август 2020 года.

Станции \ Параметры	Mx, мкЗв/ч	Ϭ, мкЗв/ч	E	As	Me, мкЗв/ч	Mo, мкЗв/ч
Василеостровский	0,15	0,0039	-0,2	0,4	0,15	0,15
Выборгский	0,13	0,0047	0,5	0,3	0,13	0,13
Калининский	0,16	0,0037	0,2	0,4	0,16	0,15
Кировский	0,17	0,0066	119,8	-10,2	0,17	0,17
Колпинский	0,09	0,0087	0,1	0,7	0,09	0,09
Красногвардейский	0,10	0,0174	2,9	-0,7	0,10	0,09
Красносельский	0,12	0,0706	143,7	11,9	0,11	0,11
Кронштадтский	0,11	0,0107	0,0	0,0	0,11	0,11
Курортный	0,09	0,0085	1,9	1,0	0,09	0,09
Московский	0,13	0,0139	3,2	-2,1	0,14	0,14
Невский	0,15	0,0061	62,1	-6,0	0,15	0,15
Петроградский	0,08	0,0062	135,3	11,1	0,08	0,08
Петродворцовый	0,09	0,0037	0,5	0,9	0,09	0,08
Приморский	0,14	0,0107	126,9	-10,5	0,14	0,14
Пушкинский	0,09	0,0057	3,9	1,5	0,09	0,08
Фрунзенский	0,12	0,0221	-1,7	0,0	0,11	0,14
Центральный	0,15	0,0043	0,3	0,2	0,15	0,15
Среднее значение	0,12	0,0122	35,3	-0,1	0,12	0,12

Во всех районах значение дозы гамма-излучения находится в пределах нормы. Нормальным радиационным фоном считаются значения до 0,75 мкЗв/ч [1].

Самые большие средние значения эквивалентной дозы наблюдаются в Кировском (0,17 мкЗв/ч), Калининском (0,16 мкЗв/ч), Невском, Центральном и Василеостровском (0,15 мкЗв/ч) районах. Наименьшие средние значения эквивалентной дозы отмечены в Петроградском (0,08 мкЗв/ч), Колпинском, Петродворцовом, Курортном и Пушкинском (0,9 мкЗв/ч) районах.

Самое большое значение стандартного отклонения наблюдается в Красносельском (0,07 мкЗв/ч) районе. Это говорит о том, что за рассматриваемый промежуток времени значения эквивалентной дозы в этом районе меняются в большем диапазоне, чем в других районах.

Районы можно объединить по средним значениям эквивалентной дозы:

1) Наименьший уровень гамма-фона (0,08 – 0,09 мкЗв/ч). Сюда входят Петроградский, Колпинский, Петродворцовый, Курортный и Пушкинский районы.

2) Низкий уровень (0,10 – 0,11 мкЗв/ч) – Красногвардейский р-н, Кронштадтский р-н

3) Средний уровень (0,12 – 0,13 мкЗв/ч) – Выборгский р-н, Красносельский р-н, Московский р-н, Фрунзенский р-н

4) Повышенный уровень (0,14 – 0,15 мкЗв/ч) – Василеостровский р-н, Невский р-н, Приморский р-н, Центральный р-н

5) Высокий (0,16 – 0,17 мкЗв/ч) – Калиниский р-н, Кировский р-н.

Номера объединенных групп по уровню гамма-фона представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 Районы, сгруппированные по уровню гамма-фона

Как можно заметить из получившейся карты районов, самые большие значения эквивалентной дозы наблюдаются в центре города. Чем дальше расположены датчики от центра, тем более низкими оказываются показания. Однако, в Петроградском районе значение эквивалентной дозы самое низкое, по сравнению с другими районами, что очень странно, ведь районы вокруг Петроградского имеют самые большие значения измерений. Причин для этого может быть несколько:

1) Неполадки датчика;

2) Неправильная установка датчика;

3) Некая неизвестная причина природного характера

Распределения значений эквивалентной дозы с равными модой и медианой, и близкими нулю коэффициентами эксцесса и асимметрии близко к нормальному распределению. К таким районам относится Кронштадтский р-н. Гистограмма распределения значений уровня гамма-фона Кронштадтского района представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 Гистограмма распределения значений эквивалентной дозы в Кронштадтском районе

В других районах распределение значений эквивалентной дозы отличается от нормального. К таким относятся: Петроградский, Приморский, Невский, Красносельский, Кировский районы. Гистограмма значений в Приморском районе представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 Гистограмма распределения значений эквивалентной дозы в Приморском районе

Сгруппируем районы Санкт-Петербурга по типу распределения в три кластера: (1) – районы со значениями гамма-фона, описываемыми нормальным распределением; (2) - близким к нормальному и (3) – сильно отличающимися от нормального. Расположение кластеров на карте города представлено на рисунке 5.

Рисунок 5 Районы, сгруппированные по типу распределения

Таким образом, значения эквивалентной дозы по территории Санкт-Петербурга распределены неравномерно: средние значения, мода и медиана, в различных районах отличаются на 67 - 70%, а ско на 549%.

По виду распределения также наблюдается большой разброс. Значения эквивалентной дозы северо-западных районов города близки к нормальному распределению, уровень фона в центре окраинах города – напротив, далек от нормального.

Список литературы

1.Радиоактивное загрязнение [электронный ресурс] – URL: https://ecoportal.info/radioaktivnoe-zagryaznenie/

2. Надзор и контроль в сфере безопасности. Радиационная защита 5-е изд. Учебное пособие для бакалавриата и магистратуры. Валерий Беспалов 2020

3. Радиационный фон в СПБ [электронный ресурс] – URL: https://zivert.spb.ru/

4. Некоторые определения из описательной статистики [электронный ресурс] – URL: https://statpsy.ru/descriptive/ekscess/

Код для цитирования: Скопировать